 Пользователь |
|
|
|
 Обновления |
|
|
|
 Доска объявлений |
|
|
|
|
 Астротека |
Статьи: Любительское телескопостроение
Борис Пустыгин - Фотоэлектрическое гидирующее устройство
Дата публикации: 01-10-2003
|
 |
|
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ГИДИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
Борис Пустыгин
Каждый любитель астрофотографии знает, что гидирование – утомительная, но совершенно необходимая операция для получения качественного снимка звездного неба. Даже самый совершенный часовой привод с кварцевой стабилизацией не позволяет полностью отказаться от контроля за его работой. Малейшие неточности в изготовлении редуктора, несбалансированность астрографа и даже атмосферная рефракция приводят к тому, что гидирующая звезда рано или поздно сходит с перекрестия гида. В этом случае, корректируя смещение звезды, наблюдатель выполняет роль отрицательной обратной связи в приводе телескопа.
Между тем, этот процесс можно автоматизировать, если заменить глаз наблюдателя на чувствительный фотоприемник, и выделять сигнал ошибки гидирования. В профессиональной астрофотографии много лет применяется фотоэлектрическое гидирование, которое существенно облегчает работу с астрографом, обеспечивая при этом безупречное, недостижимое другими методами, качество ведения телескопа. За рубежом выпускаются автогиды предназначенные для любителей. Как правило, это относительно дорогостоящие устройства на основе ПЗС матриц с соответствующим компьютерным обеспечением, которые стыкуются с серийными телескопами, оснащенными приводами по обеим осям.
При постройке автогида для своего астрографа я выбрал в качестве чувствительного элемента фотоэлектронный умножитель, часто он более доступен для отечественных любителей, чем ПЗС матрица. При этом электронная часть привода получается существенно проще.
В качестве гидирующего телескопа используется телеобъектив МТО-1000 на доработанной монтировке от “Мицара”, привод часовой оси состоит из двигателя постоянного тока ДПМ-25, промежуточного редуктора и червячной пары. Червячная пара была взята готовая (деталь от старого механизма неизвестного назначения). На астрографе устанавливается фотокамера “Зенит” с телеобъективами с фокусными расстояниями до 500мм.
Общий вид астрографа
Для простоты конструкции, гид построен по одноканальной схеме. В этом случае существенно упрощается и схема, и механическая часть. Автоматическое слежение осуществляется только по часовой оси. Коррекция по оси склонений, при необходимости, может быть произведена вручную при помощи подсмотрового окуляра. Практика показывает, что при достаточно точном выставлении полярной оси, коррекции по склонению даже на относительно простой монтировке Мицара требуются раз в 20-30 мин.
Фотоэлектрический гид обеспечивает слежение за гидирующей звездой по часовой оси с точностью не хуже 3", причем систематическая ошибка слежения (увод) равен нулю, т.е. в течение сколь угодно долгой экспозиции не требуется тонкой коррекции по часовой оси.
Схема оптического блока фотоэлектрического гида, в котором происходит преобразование ошибки гидирования в электрический сигнал, (датчик смещения) представлена на рис. 1.
В фокальной плоскости гида устанавливается маска в виде диафрагмы с диаметром отверстия ~1мм, половина отверстия перекрыта перегородкой с ровным краем (нож Фуко в виде кусочка лезвия), рис.2.
Свет от гидирующей звезды, проходя через отверстие в диафрагме, попадает на фотокатод ФЭУ.
Так как изображение звезды в фокальной плоскости имеет конечный линейный размер, в том случае, когда часть изображения звезды делится перегородкой, сигнал на выходе ФЭУ в первом приближении пропорционален величине открытой части, т.е. смещению звезды относительно перегородки. Фактически ФЭУ наблюдает теневую картину зеркала, которая, как известно, очень чувствительна к смещению звезды относительно ножа Фуко. Этот сигнал после усиления используется для управления двигателем привода.
Электронная схема привода строится так, что напряжение на двигателе (скорость его вращения) линейно зависит от сигнала с ФЭУ. При полном выходе звезды из-за перегородки обеспечивается скорость в 1.5-2 раза превышающая требуемую для компенсации суточного движения, при полностью закрытой звезде – скорость близка к нулю. В конечном счете устанавливается режим движения привода, при котором изображение звезды почти неподвижно и делится в некоторой пропорции перегородкой. Незначительные колебания звезды относительно равновесного режима вызваны, в основном, атмосферным мерцанием.
Для обеспечения устойчивости режима слежения важно правильно выбрать коэффициент усиления в системе. Коэффициент усиления определяется как отношение изменения напряжения на двигателе к угловому смещению звезды относительно перегородки.
При слишком малом коэффициенте даже полностью открытая звезда не обеспечит требуемой скорости двигателя. При чрезмерно большом коэффициенте и малом размере звезды в плоскости диафрагмы могут наблюдаться значительные колебания звезды относительно перегородки, т.е. привод переходит в неустойчивый, “релейный” режим слежения. Для регулировки коэффициента усиления, в зависимости от яркости гидирующей звезды, в электронную схему был введен специальный регулятор. Кроме того, для повышения устойчивости слежения изображение звезды немного расфокусируется до 5-10".
Для точного наведения телескопа на звезду и контроля по оси склонений часть пучка с помощью светоделительного кубика направляется в подсмотровый окуляр (f=8мм) с подсвечиваемым перекрестием. Причем перекрестие и диафрагма съюстированы таким образом, что гидирующая звезда в процессе слежения лежит в центре перекрестия.
Оценка качества слежения проводилась с помощью подсмотрового окуляра при увеличении ~130x. В качестве тестовой использовалась двойная звезда γ Del (созвездие Дельфина), расстояние между компонентами которой составляет 10", а сами они расположены на одной небесной параллели. В процессе слежения за одной из компонент, максимальное отклонение перекрестия от ведущей звезды по часовой оси не превышало 1/3 расстояния между звездами (менее 3") и было вызвано в основном атмосферными возмущениями.
При слежении за диском Юпитера, мерцание которого значительно меньше, смещения перекрестия заметить вообще не удалось, т.е. оно оказалось меньше толщины нити (примерно 2"). Испытания устройства показали, что при достаточно чистом небе гидирование может уверенно проводиться по звездам до 6-й величины. Этого вполне достаточно, если предусмотреть возможность смещения оси фотокамеры относительно гида на несколько градусов. К тому же более слабые звезды плохо видны в подсмотровый окуляр и коррекция по склонению будет затруднена.
Принципиальная схема электронной части привода изображена на рис.3.
В качестве чувствительного элемента использовался ФЭУ-141, отличающийся малыми габаритами, наличием встроенного делителя напряжения и достаточно высокой чувствительностью ( 30А/лм).
Питание ФЭУ осуществляется напряжением -1.5кВ от преобразователя напряжения, построенного на основе генератора прямоугольных импульсов на микросхеме DA1, транзистора VT1, повышающего трансформатора (строчный трансформатор от малогабаритного телевизора) и выпрямителя с умножением напряжения на диодах VD3-VD5.
Дополнительный выпрямитель на диодном мосте VD8 служит для обеспечения питания микросхем напряжением отрицательной полярности.
Сигнал с ФЭУ поступает на предварительный усилитель постоянного тока (микросхема DA2), который обеспечивает согласование высокого сопротивления нагрузки ФЭУ (10 Мом) с последующими каскадами усиления. Для уменьшения помех предварительный усилитель установлен в заземленном металлическом экране на корпусе ФЭУ. Подстроечный резистор R1 служит для точной установки нуля предварительного усилителя. Далее сигнал поступает на регулируемый усилитель напряжения, построенный на микросхемах DA3-DA4, который усиливает сигнал с ФЭУ до уровня, при котором двигатель развивает требуемую скорость (6-7В). Коэффициент усиления регулируется резистором R2. Выходной сигнал через управляющий транзистор VT2 подается на двигатель постоянного тока ДПМ25.
Питание всей конструкции осуществляется от стабилизированного сетевого блока с выходным напряжением 12В или от комплекта батарей. Ток потребления схемы относительно небольшой (~150 мА), что позволяет пользоваться гидом в экспедиционных условиях.
Оптический блок автогида
Фотоэлектрический гид, построенный на базе ФЭУ, имеет ряд преимуществ по сравнению с устройствами на ПЗС: относительная простота и дешевизна электронной схемы, малое энергопотребление, малое время подготовки к работе и нетребовательность к точной фокусировке.
Аналогичное устройство было независимо создано любителем астрофотографии из Самары Павлом Бахтиновым и судя по многочисленным замечательным фотографиям, представленным на его сайте, также доказало свою эффективность.
Борис Пустыгин
г. Коломна
borpus@front.ru
AKA Pluto
Данная статья была переработана и дополнена
автором на основе оригинальной публикации
в журнале “Земля и Вселенная” №4, 1997г
|
|
Обсуждение материала
|
| Последние сообщения
|
 |
|
Сообщение из темы: Автогид Бориса Пустыгина |
| Автор | Сообщение |
Pluto
Новичок
Зарегистрирован:
04-10-2003
Сообщения: 5
|
 Добавлено: 06-10-2003 22:07:13 Заголовок: |
|
|
Очень рад, что Вас заинтересовала статья.
Попробую ответить на вопросы.
1. Номера выводов, к сожалению не помню. Трансформатор впаян в плату, и до номеров выводов не добраться. Могу сказать следующее: обмотка с которой идет напряжение на умножитель (VD3-VD5) имеет максимальное количество витков, это можно проверить омметром. Обмотка, с которой снимается напряжение на диодный мостик VD8 – наматывалась вручную (без разборки трансформатора, поверх всех обмоток). На ее выходе должно быть переменное напряжение 10-12В, это примерно 20-30 витков.
2. Резистор 1кОм это так называемый резистор “притяжения”, служит для того, чтобы напряжение на выходе микросхемы DA1 изменялось в пределах от +8В до потенциала земли, т.е. несколько увеличивает размах напряжения ( Без него максимальное напряжение на выходе DA1 будет на 1.5 – 2 В меньше).
Рекомендую посмотреть и изучить книгу Хоровиц, Хилл “Искусство схемотехники (том 1)”, там много готовых схемотехнических решений с подробными объяснениями.
3. На схеме изображены все выводы ФЭУ. Я упомянул, что ФЭУ141 имеет встроенный делитель напряжения, т.е. цепочка резисторов, с которой снимаются промежуточные напряжения на диноды, упрятана в корпусе и лишние выводы не нужны.
>>После прочтения статьи, мне показалось, что повторение конструкции может быть затруднено, особенно людьми, не имеющими навыков сборки и настройки электронных схем
Конечно, для сборки и налаживания этой схемы требуются некоторые навыки и знание основ схемотехники. Но в принципе схема не сложная и “крутым” электронщиком быть не обязательно.
Желаю успеха!
Борис Пустыгин.
|
|
|
|
|
|
Сообщение из темы: Автогид Бориса Пустыгина |
| Автор | Сообщение |
Alexander L.
Новичок
Зарегистрирован:
06-10-2003
Сообщения: 3
|
| Добавлено: 06-10-2003 12:51:06 Заголовок: Автогид Бориса Пустыгина |
|
|
Борис, спасибо за публикацию, теперь доступна документация на оба автогида на базе ФЭУ, на ваш и на автогид Павла Бахтинова . Чем больше я размышляю о собственном астрографе (работы по созданию которого движутся крайне медленно),
тем больше убеждаюсь в удивительной продуманности конструкции двух похожих астрографов и автогидов. После прочтения статьи, мне показалось, что повторение конструкции может быть затруднено, особенно людьми, не имеющими навыков сборки и настройки электронных схем, и я решил задать вам несколько вопросов.
1. – В источнике питания Вы применили готовый трансформатор, однако номера выводов трансформатора на схеме не обозначены.
2. - Не очень понятно назначение резистора сопротивлением в 1 кОм, между выводами 7 и 6 микросхемы DA1.
3. - Не знаком с ФЭУ 141, однако есть подозрение, что на схеме он изображен схематично, слишком мало выводов.
Редактировалось: 12:55:18 06-10-2003 Всего редактировалось: 1 раз
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Статьи - выбор категории